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实验:探究功与速度变化的关系

更新时间:2016/9/2 11:06:00  手机版

  探究功与速度变化的关系:

  实验目的:

  1、通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系。

  2、体会探究的过程和所用的方法。

  ①实验思想方法:倍增法。虽为变力做功,但橡皮条做的功,随着橡皮条数目的成倍增加功也成倍增加。这种方法的构思极为巧妙。历史上,库仑应用类似的方法发现了著名的库仑定律。当然,恒力做功时,倍增法同样适用。

  ②数据处理方法:图像法。作出功-速度(W-v)曲线,分析这条曲线,得出功与速度变化的定量关系。

  ③本实验中,还用到纸带的分析、速度的测量、力的平衡等相关的知识与技能。

  3、激发学生的学习兴趣,体会学习的快乐;并通过亲身实践,树立起“实践是检验真理的唯一标准”的科学理念。

  实验原理:

  1、分析与猜测

  ①通过研究重力做的功,我们确立了重力势能的表达式,通过分析弹力做的功,我们探究了弹性势能的表达式,那么,要研究动能的变化,也要从力做功开始。

  ②物体在力的作用下通过一段位移时,力会对物体做功,物体的速度也会发生变化,所以二者之间存在联系。

  2、探究的思路

  ①要探究功与物体速度变化的关系,就要改变力对物体做的功,测出力对物体做不同功时物体的速度。

  ②为简化实验,可将物体初速度设置为零,利用如图所示的装置进行实验,通过橡皮筋来对小车做功W,通过打点计时器在纸带上打出的点测量小车获得的速度v,然后分析功W与速度v的关系。

  实验器材:

  木板、小车、橡皮筋、打点计时器(电火花打点计时器)、电源、纸带等。

  实验步骤:

  1、按装置图安装好实验器材;

  2、平衡摩擦力:将木板固定,打点计时器的一端稍微垫高,使小车能牵引纸带在木板上做匀速运动;

  3、先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器打出的纸带测出小车前端通过两铁钉连线时小车的速度v1,设此时橡皮筋对小车做功为W1,将数据记入表格,用标尺记录小车的初始位置;

  4、改用2条、3条、4条……橡皮筋重复上述实验,让小车开始位置相同,每次橡皮筋拉开的长度相同,记录橡皮筋做功2W、3W、4W……情况下小车获得的速度v2、v3、v4……;

  5、分析数据,研究W与v的关系。

  数据处理:

  用图象法处理实验数据。

  我们可根据实验测得的数据,分别作出W—v曲线、W—v2曲线、W—v3曲线……哪一种图象更接近于过原点的倾斜直线,功与速度之间就是哪一种正比关系。

  用图象法处理数据,要比计算法更简捷更直观。

  实验结论:

  无论是通过计算法还是作图法都可以得出力对物体做的功与物体速度的平方成正比的结论,即W∝v2

  注意事项:

  1、平衡摩擦力:实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用,摩擦力对小车做负功,我们研究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系,应设法排除摩擦力的影响。可采用将木板一端垫高的方法来实现。将木板一端垫高,使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡,就消除了摩擦力的影响。

  2、每次实验所用的橡皮筋都相同并且橡皮筋拉伸的长度都保持一致。

  3、打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀,应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度,因这一小段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形。(小车速度也可借助光电门来测量)

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